El transistor del mañana, Atom construido por Atom

Materiales aplicados , el principal proveedor mundial de equipos de fabricación para fabricantes de chips, ha anunciado un nuevo sistema para fabricar una de las capas más críticas de los transistores que se encuentran en los circuitos lógicos.

Pila de chips: Esta ilustración muestra las capas que forman una puerta en un transistor de 22 nanómetros. Las bolas blancas de la parte inferior son de silicona. Las bolas de color azul claro en el medio son moléculas de dióxido de silicio; las bolas turquesas más grandes que se encuentran más arriba son óxido de hafnio; y las bolas amarillas son átomos de nitrógeno.

La nueva herramienta de Applied Materials, anunciada en la conferencia Semicon West en San Francisco el martes, deposita una capa crítica en los transistores un átomo a la vez, proporcionando una precisión sin precedentes.



A medida que los fabricantes de chips reducen los transistores a tamaños cada vez más pequeños, lo que permite una electrónica más rápida y eficiente en el consumo de energía, la precisión de fabricación a escala atómica es una preocupación creciente. Los primeros chips con transistores de solo 22 nanómetros de tamaño entrarán en producción este año, y en ese tamaño, incluso las inconsistencias más pequeñas pueden significar que un chip destinado a venderse a un precio superior debe usarse para dispositivos de gama baja.

Los transistores se componen de múltiples capas: un material de silicio activo cubierto con una capa de interfaz y luego una capa de un material llamado dieléctrico, que forma la puerta que enciende y apaga el transistor.

Applied Materials vende equipo para depositar estas capas, llamado gate stack, sobre las obleas de silicio. En el cambio de los transistores de 32 nanómetros actuales a la próxima generación de transistores de 22 nanómetros, se vuelve más complicado hacer la puerta. La interfaz y las capas dieléctricas tienen que adelgazarse, y el comportamiento de las capas puede verse afectado por pequeños defectos en el contacto de los materiales. Y a medida que las capas se vuelven más delgadas, los pequeños defectos pueden magnificarse incluso más que en los transistores más grandes hechos de capas más gruesas.

La precisión de fabricación será aún más importante en los transistores tridimensionales de próxima generación que el fabricante de chips Intel comenzará a producir a finales de este año. En estos dispositivos, el área activa es una franja elevada que la interfaz y las capas de la puerta hacen contacto en tres lados. Esta mayor área de contacto ayuda a que estos dispositivos funcionen mejor, pero también significa una mayor vulnerabilidad a fallas.

El proceso utiliza la deposición de capa atómica, o ALD, que deposita una sola capa atómica del dieléctrico a la vez. Este método es más caro, pero se ha vuelto necesario, dice Atif Noori, gerente de producto global de la división ALD de Applied Materials. Para que el corazón del transistor, la puerta, funcione, debes asegurarte de poner todos los átomos justo donde los quieres.

Una fuente de inconsistencias en los microchips es la exposición al aire. En la nueva herramienta de Applied Materials, todo el proceso de depositar la pila de puertas se realiza al vacío, una oblea a la vez. Hacer que la puerta se apile completamente bajo vacío también conduce a un aumento del 5 al 10 por ciento en la velocidad a la que los electrones viajan a través del transistor; esto puede traducirse en ahorros de energía o un procesamiento más rápido. Por lo general, existe una variación significativa en la cantidad de energía que se necesita para encender un transistor dado en un chip; la fabricación al vacío refuerza esa distribución entre un 20 y un 40 por ciento.

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